Самые близкие отношения Хабблы поддерживали со знаменитым Олдосом Хаксли и его женой Марией (возможно, читателю известно произведение этого писателя «О дивный новый мир» (1932)). Рост Хаксли составлял 1,98 м, и это было важным условием для дружбы с Эдвином. Впрочем, они сходились во мнениях и по другим вопросам. Единственным их расхождением была военная тема: Олдос был пацифистом, а майор Хаббл не мог понять, почему США медлят и не вступают во Вторую мировую войну. Это расхождение вызвало даже охлаждение их дружбы.
Помимо членства во множестве клубов, академий, культурных ассоциаций, Хаббл был постоянным членом Библиотеки и Галереи искусств Хантингтона, а также состоял в их совете директоров. Хотя к тому времени мультимиллионер Генри Эдвардс Хантингтон (1850-1927) уже умер, он успел создать райское место для досуга и спокойных бесед — с прекрасными садами, напоминавшими то Версаль, то Японию, с великолепными прудами и извилистыми дорожками. Посреди этого великолепия возвышалось необычное здание библиотеки и галереи искусств.
Хантингтон также был страстным англоманом и собрал много книг, опубликованных в Британии, и исторических документов поистине баснословной стоимости. В их числе были рукописи Шекспира, экземпляр Библии Гуттенберга, автобиография Бенджамина Франклина, написанная собственноручно. Впоследствии витрины библиотеки пополнились еще одной жемчужиной — бумагами Хаббла, переданными Грейс после его смерти.
ГЛАВА 2
Классификация галактик и островные вселенные
В 1917 году Хаббл защитил диссертацию, а уже в 1929-м опубликовал свой знаменитый закон, успев при этом поучаствовать в мировой войне. За этот короткий промежуток он пришел к пониманию существования других галактик и необходимости определения расстояний между ними. Он первым в мире осознал, насколько огромна Вселенная. До него никто не мог и представить себе таких размеров: если вселенная Кеплера — размером со световой час, вселенная Гершеля равна тысяче световых часов, то вселенная Хаббла простирается на десять миллиардов световых лет.
Новые открытия совершаются, когда приходит их время. Очень редко бывает так, что открытия делают задолго до этого или, наоборот, после. Эти открытия становятся возможными благодаря появлению более точных инструментов, требующих осмысления новых полученных данных, или формулировке новых теорий, позволяющих иначе интерпретировать уже известную информацию.
В случае с возможностью существования островных вселенных (которые Хаббл называл внегалактическими туманностями, а сегодня мы используем для них термин «галактики»), по сути, вопрос касался реальных размеров Вселенной. Открытия были сделаны, когда пришло их время. Доказательство существования этих вселенных приписывается Хабблу — и это не случайно, однако в истории остались имена и других ученых, о которых не следует забывать.
Термин «островные вселенные», малоупотребительный сегодня и замененный более удачным — галактики, впервые был использован немецким эрудитом и путешественником Александром фон Гумбольдтом (1769-1859). Идея была не нова, о ней уже писали философы, не обладавшие данными наблюдений, в частности англичанин Кристофер Рен (1632-1723) и прусский философ Иммануил Кант (1724-1804).
Немецкий астроном Уильям Гершель (1738-1822) с помощью своей сестры Каролины создал самые большие телескопы своей эпохи. Один из них был установлен в Мадриде, в Национальной обсерватории, однако через несколько лет был разрушен в ходе французской оккупации. Гершель пришел к выводу, что Млечный Путь имеет форму диска, или «мельничного жернова», по его собственному выражению, в котором Солнце занимало центральное место (см. рисунок). Не было объективной причины считать, что существуют еще какие-то «мельничные жернова».
Перед началом работы в Йеркской обсерватории Чикагского университета Хаббл присутствовал на ежегодной конференции Астрономического общества Северной Америки, что стало решающим событием для его будущей работы. Он смог посетить памятную выставку Весто Слайфера, где были представлены скорости удаления туманностей, достигавшие поразительных величин — более 1000 км/с. Эти скорости были получены в результате упрощенной интерпретации эффекта Доплера.
Представим спектральную линию с длиной волны λ0 в лаборатории здесь, на Земле. Если мы будем наблюдать ее на движущейся (приближающейся или удаляющейся) звезде или галактике, полоса будет смещаться, изменится ее длина волны λ, а формула, связывающая обе длины волны, будет иметь следующий вид:
λ =λ0(1 + v/c),
где v — скорость удаления, а с — скорость света. Если v положительна, λ > λ0, поэтому если полоса была желтой, смещение будет к красному цвету. Если v отрицательная, смещение будет к синему цвету. «Покраснение» используется как эквивалент смещения к большей длине волны.
Этот термин используется и в случае, когда мы находимся дальше красного цвета, в инфракрасном спектре, в радиоволнах. Также под термином «эффект посинения» понимается смещение к более короткой длине волны, даже когда мы выходим за границы синего цвета, двигаясь к ультрафиолетовому, рентгеновскому или γ излучению.
В астрофизике часто используется величина z, красное смещение (по-английски redshift), которое равно
z = (λ - λ0)/λ0.
То есть это перемещение линии в релятивистской концепции.
В случае красного смещения имеет место эффект Доплера, и мы приходим к выражению
z =v/с
В действительности в астрофизике измеряется красное смещение, z. Если оно интерпретируется как эффект Доплера, мы можем использовать эту формулу для вычисления скорости удаления (если z > 0) или приближения (если z < 0). Интерпретация, согласно которой z возникает из-за эффекта Доплера, очень проста. Мы увидим далее, что Хаббл не захотел высказывать своего мнения по данному вопросу, соглашаясь с мыслью о том, что возможны и другие причины покраснения. Мы вернемся к этому, но сейчас рассмотрим историческое развитие событий.
После обнаружения в Мюнхене Йозефом фон Фраунгофером (1787-1826) спектральных линий в солнечном излучении, астрофизика начала собирать точные данные в этой области. Скоро линии Фраунгофера были обнаружены в излучении звезд, и это позволило измерить их скорость, которая составила порядка 20-40 км/с. Следующим шагом было измерение скоростей туманностей. Были известны туманности, скорость которых примерно равна звездной; позже выяснилось, что они относятся к Млечному Пути. Затем настало время для измерения скоростей туманностей, имеющих вид вихрей; сегодня мы называем их спиральными галактиками.
Первой выбранной галактикой стала большая Туманность Андромеды (М31), имеющая наибольший угловой размер; ее можно наблюдать невооруженным глазом в Северном полушарии. Полученный уже в 1912 году результат был удивительным: Андромеда приближается к нам со скоростью 300 км/с. Ни один астрофизический объект не имел такой скорости. Но Слайфер продолжал измерять другие галактики — их было около 40. Полученные результаты удивляли еще больше. Во-первых, скорости росли, превышая величины, равные 1000 км/с, а во-вторых, Андромеда оказалась исключением, так как все остальные галактики удалялись. Впервые можно было говорить о расширении Вселенной.
Слайфер прославился почти сразу после своего открытия. Датский астроном Эйнар Герцшпрунг( 1873-1967) из Потсдамской обсерватории (Германия), сегодня известный как один из авторов диаграммы классификации звезд Герцшпрунга — Рассела (второй автор — Генри Норрис Рассел), быстро оценил важность открытия. Для него такие высокие скорости означали, что спиральные туманности не могут принадлежать системе Млечного Пути. Даже ничего не зная о расстояниях, он понял, что скорости такого порядка нехарактерны для звезд, и было непросто согласиться с тем, что они гравитационно связаны с нашей туманностью. Герцшпрунг говорил: «Они должны составлять отдельные острова во Вселенной, среди которых Млечный Путь — один из бесчисленных островов». Наконец давно возникшая мысль об островных вселенных подтвердилась с помощью наблюдений.
Однако некоторые скептически настроенные исследователи сомневались в достоверности экспериментальных данных. Например, Джордж Ричи, работавший с большим 60-дюймовым (1,52 м) телескопом в Маунт-Вилсоне, с помощью фотопластинок спиральных галактик установил, что их масса не может быть аналогична массе Млечного Пути, поэтому он отвергал идею островных вселенных. Однако догадку Герцшпрунга поддерживал и Слайфер.
В 1916 году Уолтер Адамс был директором-ассистентом в Маунт-Вилсоне, недалеко от Пасадины, Калифорния. После легендарного 60-дюймового (1,52 м) телескопа, который некоторое время был самым большим в мире, появился 100-дюймовый (2,54 м). Чем больше был диаметр первичного зеркала, тем большее количество света оно захватывало, и это означало, что с его помощью можно увидеть новые звезды и туманности. Особенно сильно ученых интересовала возможность разложения света по длине волны и получения спектров в большем разрешении. Эти исследования имели ключевое значение для зарождавшейся физики туманностей. За несколько лет до своего появления 100-дюймовый телескоп казался невероятным устройством: его реализация была технически сложной, а размеры его купола должны быть поистине колоссальными.
После установки нового телескопа такого размера и с такими возможностями необходимо было увеличить штат, добавив в него еще одного астронома. Адамс предлагал одного аспиранта, некоего Хаббла. Директор Джордж Эллер Хейл попросил своих коллег из Чикаго дать свои отзывы об этом ученом. Они оказались прекрасными. Сложность состояла в том, что введение в штат нового астронома могло не понравиться Фросту. Маунт-Вилсон уже переманил лучших астрономов из Йеркса, и было несправедливым забирать у них еще одного многообещающего ученого. Хейл написал Фросту, и вместе с Барнардом они попросили Хаббла как можно скорее защитить свою работу и приехать в Маунт-Вилсон. О будущем этого исследователя они думали едва ли не больше, чем о своем собственном. После защиты диссертации Хабблу предложили зарплату в 1200 долларов в год.
Но США объявили войну Германии. Хаббл собирался пойти на фронт добровольцем, однако терять место он не хотел, поэтому попросил Хейла поберечь для него должность до возращения. Против всех ожиданий Хейл согласился. Возможно, он был уверен в том, что его страна должна принять участие в мировой войне, и ему импонировало благородное желание молодого ученого. Словом, поведение Хаббла вызвало симпатии: он уходил на войну, отказываясь от места, о котором мечтал. В мае того же года Хаббл записался в армию и уехал до августа 1919 года. Хейл ждал нового работника и даже повысил ему обещанную зарплату. Когда Хаббл, наконец, поступил на службу, его зарплата составляла 1500 долларов в год.
После Первой мировой войны и недолгого пребывания в любимой Англии «майор Хаббл» поступил на службу в Маунт-Вилсон. С первых дней основным объектом исследований в этой обсерватории были планеты.
Но в 1920 году в Маунт-Вилсоне поняли, что следует заняться туманностями. Нельзя сказать, что исследования планет и звезд были завершены. Совсем наоборот, еще совсем недавно великий британский астроном Артур Эддингтон полагал, что звезды состоят из железа, кроме того, не были известны механизмы слияния ядер. Планеты до сих пор остаются важным объектом многих исследований, но в те годы о туманностях не было известно вообще ничего. Не было понятно, из чего они состоят, не существовало их классификации, не было известно расстояние до них, но ученых не покидало ощущение, что туманности — ключ к пониманию размеров Вселенной.
Принадлежат ли туманности к Млечному Пути? Существуют ли островные вселенные? Какие еще вселенные существуют? Тезис о принадлежности туманностей к Млечному Пути в Маунт-Вилсоне отстаивали Харлоу Шепли и Адриан ванн Маанен, наследники старой традиции. Уильям Гершель, пересчитывая звезды, обнаружил, что Солнце находится примерно посредине Млечного Пути. Из этого не следовало, что не существует островных вселенных (других галактик, как мы сказали бы сегодня), но такое предположение все же высказывалось. Позднее голландский астроном Якобус Каптейн построил сходную модель, но с более точными данными. Почему же представление о Млечном Пути в те годы так отличалось от сегодняшнего? Мы знаем, что Солнце располагается не в центре галактики, а на расстоянии 30 тысяч световых лет от него. Но в те времена ничего не было известно о межзвездной экстинкции, которая не позволяет нам производить наблюдения на расстоянии, превышающем 3000 световых лет.
Каптейн, учитель ван Маанена, посетил Маунт-Вилсон и настоял на включении в исследовательскую программу обсерватории своего ученика. Со своей стороны, Шепли отстаивал модель, согласно которой только Млечный Путь является Вселенной, но его размеры примерно в 20 раз превышают предположения Каптейна.
Хаббл пока не высказывал своего мнения. Он приступил к изучению уже известной туманности NGC 2261, которую наблюдал в Йерксе, — в этот раз с помощью 60-дюймового телескопа Маунт-Вилсона. Туманность казалась ему такой близкой, принадлежащей к Млечному Пути. Об островных вселенных Хаббл пока предпочитал молчать.
«Однажды для наблюдения с большим телескопом был назначен ван Маанен. Его кольцо для салфетки было положено на почетное место. Хаббл спустился до удара колокола и тайно поменял свое кольцо с кольцом ван Маанена. Когда ван Маанен хотел занять свое место, то увидел там кольцо Хаббла, он посмотрел на Хаббла со злостью, но, видимо, подумав о том, что перед ним бывший боксер, гораздо более сильный, чем он сам, смолчал и занял место 60-дюймового телескопа».
Хаббл обладал способностью очаровывать людей с первого взгляда. Это помогало в общении не только с женщинами, но и с руководством, которое он увлекал своим всепоглощающим желанием понять Вселенную. Но в отношениях с коллегами все было иначе. Работать рядом с высокомерным Хабблом — с его оксфордским выговором и любовью к военной дисциплине — было довольно нелегко.
Отношения Эдвина с директором Маунт-Вилсона Джорджем Эллери Хейлом складывались хорошо — возможно, потому что они редко общались лично. Мы уже видели, какое терпение проявил Хейл, ожидая Хаббла на работу в годы войны и после ее завершения.
Совсем иначе складывались отношения Хаббла с Уолтером Адамсом, который вначале занимал пост помощника директора, а впоследствии, когда Хейл подал в отставку по состоянию здоровья, стал его преемником. Вначале все вроде бы шло неплохо, но затем Адамса начали все больше раздражать бесконечные европейские вояжи Хаббла, который на долгие месяцы прерывал работу в обсерватории. Адамс не мог понять, что Хаббл так долго делает в Европе. Посещает великосветские вечера, участвует в празднествах, выступает с одной и той же лекцией? Неужели это настолько важно, что заставляет прервать наблюдения? Однако Хаббл уже вкусил мировую славу как астроном, открывший расширение Вселенной, так что он не считал нужным менять поведение.
Конечно, Адамса можно было понять: Хаббл уезжал и возвращался, когда хотел, ничего не объясняя и никого не предупреждая. Для любого другого работника такое поведение было бы неприемлемым, но не для Хаббла, находящегося на вершине славы. Сегодня можно сказать, что Адамс не вполне понимал, какое место его подчиненный занимал в научном мире. И для Маунт-Вилсона, и для науки в целом были важны контакты Хаббла с учеными других стран и теоретиками относительности. Вероятно, Адамс должен был быть снисходительнее, однако конфликт достиг такого накала, что Адамс, уходя в отставку, настоял, чтобы Хаббл не был избран директором обсерватории, несмотря на его авторитет. И действительно: Хаббл так и не стал директором Маунт-Вилсона.
Мартин Шварцшильд, астроном из Принстона, об отношениях Хаббла и Шепли
Не сложились отношения Хаббла и со шведским астрономом Кнутом Эмилем Лундмарком (1889-1958). Их вражда дошла до того, что Хаббл во всеуслышание обвинил Лундмарка в плагиате: якобы тот присвоил его классификацию галактик. Лундмарк тогда работал в Маунт-Вилсоне, и именно он идентифицировал отдельные звезды в галактике (МЗЗ), а также в Магеллановых Облаках.